八路呼叫器的设计.docx

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八路呼叫器的设计

八

路

呼

叫

器

摘要..................................................................................3第一章八路呼叫器设计任务、要求和方案...................................................4

1.1设计题目.........................................................................4

1.2设计任务与要求...................................................................4

1.2.1设计任务....................................................................4

1.2.2典型模块与主要元件..........................................................4

1.3设计方案.........................................................................4

1.3.1设计要求....................................................................4

1.3.2工作原理....................................................................4

第二章单元电路设计.....................................................................6

2.1输入回路.........................................................................6

2.2锁存器控制电路...................................................................8

2.3七段LED数码管显示电路...........................................................10

第三章总电路图及其原理说明............................................................16

3.1输入锁存........................................................................16

3.2编码和译码显示..................................................................16

3.3报警系统........................................................................16

第四章仿真和电路调试及其分析..........................................................17

4.1仿真结果及分析..................................................................17

4.2调试电路及其分析................................................................17

第五章八路呼叫器总电路原理图和仿真图..................................................18

结论...................................................................................20

参考文献...............................................................................21

致谢...................................................................................22

附录...................................................................................23

摘要

本文的八路呼叫器电路由四大部分组成：

输入回路、锁存器控制电路、七段LED数码管显示电路和声光报警系统。

八路呼叫器是利用以74LS系列集成芯片组成电路各个部分，实现对八路呼叫的电子控制。

通过采用74LS373锁存器和74LS148编码器构成八路呼叫器的核心组成部分，形成对信号的锁存。

采用74LS48译码器对二进制数进行译码再发送到七段显示器，形成对路组的显示，其中加入74LS83四位全加器对输入的二进制数加一使显示路组符合按键的数码。

采用发光二极管、三极管和喇叭组成声光报警系统，其中三极管用来对信号进行功率放大。

八路呼叫器由按键S1---S8来进行呼叫，它是利用每一路按键的通断来达到呼叫的目的。

八路呼叫器的电源只有5V，使电路实现了低耗和方便。

电路其中有的元件因为本身问题，为了防止电流过大对元件造成烧坏，要在元件前面加上限流电阻。

这样对保证电路能够安全的工作。

借助Multisim软件对单元电路以及总体电路进行了仿真分析，设计中运用Multisim软件绘制了单元电路，Protel99SE软件绘制了总体电路图，圆满的实现了电路对八路呼叫器的功能。

【关键词】八路呼叫器、输入回路、锁存器的控制电路、七段数码显示电路、声光报警系统

第一章八路呼叫器设计任务、要求和方案

1.1设计题目

八路呼叫器的设计、制作与调试

1.2设计任务与要求

1.2.1设计任务：

呼叫器设置为八路，当某一路有呼叫时，能显示该电路的编号，同时给出声光报警信号。

报警信号可以手动切除。

1.2.2典型模块与主要元件：

74LS148*1;74LS373*2;CD4511*1;NE555*1;74LS00*2;74LS48*1;74LS30;

74LS32*1;74LS04*1;74LS83*1;七段LED数码管；其他电阻、按键、电容、三极管等。

1.3设计方案

1.3.1设计要点

根据课题设计的要求，呼叫器为八路，所以用七段LED数码管显示。

当有某一路呼叫时要显示这一路的编码，所以要准确判断并把呼叫的信号锁存。

实现这一功能可用锁存器74LS373等来完成。

当电路形成呼叫信号之后，七段LED数码管显示出呼叫这一路的组别，而且LED显示这一路的灯亮。

利用鉴别出的呼叫信号，控制一个具有两种工作频率交替工作的音频振荡器，推动扬声器发出两种笛声音响，表示报警成功。

1.3.2工作原理

锁存器输入信号都是同一电平时，锁存器控制电路的输出信号使锁存器打开，这时锁存器输入端的信号送往相应的输出端。

当有一输入端的电平发生跳变时，其对应输出端电平也随着发生变化，此变化的输出电平送入锁存器控制电路，控制电路立即产生控制信号封锁锁存器，让锁存器进入锁存工作状态。

此时，无论哪个输入端电平发生变化，锁存器各个输出端电平保持不变。

发生变化的输出端，经过编码器编码后，将相关信息由译码器送入七段LED数码管显示器，显示相应的组别。

同时点亮LED，并发出响声。

呼叫器电路组成原理图如图1.3.2所示。

图1.3.2电路组成原理框图

第二章单元电路设计

整个呼叫器电路组成主要包括输入回路、锁存器控制电路、七段LED数码管显示电路、LED指示灯和蜂鸣器报警提示电路等。

2.1输入回路

输入回路由电源、电阻、锁存器和按键组成。

电源5V锁存器用74LS373。

当八路锁存器74LS373的LE端为高电平时，锁存器输入端D0---D7的电平能直接送到相应的输出端Q0---Q7；当LE端变为低电平时，锁存器封锁，即锁存器输入端的电平不能送到相应的输出端，各输出端保持封锁前的电平，其电路如图4.2.2所示。

图4.2.2锁存控制与译码电路图

74LS373锁存器的说明：

74LS373是八D锁存器（3S,锁存允许输入有回环特性），常应用在地址锁存及输出口的扩展中。

74LS373是低功耗肖特基TTL8D锁存器，74LS373内有8个相同的D型（三态同相）锁存器，由两个控制端（11脚G或EN；1脚OUT、CONT、OE）控制。

当OE接地时，若G为高电平，74LS373接收由PPU输出的地址信号；如果G为低电平，则将地址信号锁存。

工作原理：

74LS373的输出端O0~O7可直接与总线相连。

当三态允许控制端OE为低电平时，O0~O7

为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。

当OE为高电平时，O0~O7呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。

    当锁存允许端LE为高电平时，O随数据D而变。

当LE为低电平时，O被锁存在已建立的数据电平。

74LS373引脚（管脚）图:

74LS373引脚图

74LS373内部逻辑图：

74LS73内部逻辑图

74LS373真值表

G

输出Q

0

0

保持原输入

1

0

输出=输入

X

1

高阻状态

2.2锁存器控制电路

锁存器控制电路由74LS32,74LS373,74LS04,74LS30组成。

当74LS32一个输入接电源时，74LS373的LE端为高电平，各输入端的高电平直接送到相应的输出端，此时八输入端与非门74LS30输出端为低电平，经过一个非门74LS04后变成高电平，由或门送到74LS373的LE控制端。

当八个呼叫器开关S1-S8中有一个先按下时，其对应的D端为低电平，此电平送到锁存器相应的输出端，因而八输入端的与非门74LS30的8各输入端中有一为低电平，导致其输出端为高电平，经过74LS04后变为低电平，使LE控制端为低电平，74LS373执行锁存功能，这时如果有按键按下，锁存器的输出端也不会跟着改变，从而实现了自锁，其电路如图4.2.2所示。

74LS32的说明：

74LS32是四2输入或门，常用在各种数字电路以及单片机系统中。

表达式为：

Y=A+B

引脚排列图管脚功能：

左下1--1A，2--1B，

3--1Y；4--2A，5--2B，6--2Y；7--GND；

右起：

右上8--3Y，9--3A，10--3B；11--4Y，12--4A，

13--4B；14--VCC

其中A，B为输入端，Y为输出端，GND为电源负极，VCC为电源正极。

74LS32引脚图

74LS32中的或门

74LS32真值表

A

B

O

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

1

74LS30的说明：

74LS30是八输入与非门，其中芯片除了输入信号全部是高电平，输出才是低电平。

其他的信号输入输出的都是高电平。

下面是引脚图：

74LS30引脚图

74LS04的功能说明：

74LS04是六组反相器。

每一组为一个非门。

引出端符号

1A－6A输入端

1Y－6Y输出端

逻辑图：

74LS04引脚图

功能表：

2.3七段LED数码显示电路

锁存在锁存器输入端的低电平送到优先编码器74LS148进行编码，编成的二进制代码再送到BCD码七段译码驱动器74LS48，最后送到共阴极的七段数码管，显示相应的数字。

当八个按键都没有按下时，由于锁存器输出端都是低电平，因此数码管不显示。

为了解决按键编号与显示一致的问题，在74LS48的前面接有一个4位全加器74LS83，其电路如图4.3.3所示。

图4.3.3数码显示电路

74LS148的说明：

74LS1488线-3线二进制优先编码器

在优先编码器电路中，允许同时输入两个以上编码信号。

不过在设计优先编码器时，已经将所有的输入信号按优先顺序排了队。

在同时存在两个或两个以上输入信号时，优先编码器只按优先级高的输入信号编码，优先级低的信号则不起作用。

74148是一个八线-三线优先级编码器。

如图所示的是八线-三线编码器74148的惯用符号及管脚图引脚图。

74LS148引脚图

74148优先编码器为16脚的集成芯片，除电源脚VCC（16）和GND（8）外，其余输入、输出脚的作用和脚号如图中所标。

其中I0—I7为输入信号，A2,A1,A0为三位二进制编码输出信号，IE是使能输入端，OE是使能输出端，GS为片优先编码输出端。

由74148真值表可列输出逻辑方程为：

A2=（I4+I5+I6+I7）IE

A1=（I2I4I5+I3I4I5+I6+7）·IE

A0=（I1I2I4I6+I3I4I6+I5I6+I7）·IE

使能输出端OE的逻辑方程为：

OE =I0·I1·I2·I3·I4·I5·67·IE

当使能输入IE=1时，禁止编码、输出（反码）：

A2,A1,A0为全1。

（如表5.1.2第一行所示。

）

当使能输入IE=0时，允许编码，在I0～I7输入中，输入I7优先级最高，其余依次为：

I6,I5,I4,I3,I2,I0，I0等级排列。

OE为使能输出端，它只在允许编码（IE=0），而本片又没有编码输入时为0。

如表5.1.2中第二行所示）。

扩展片优先编码输出端GS的逻辑方程为：

GS=（I0+I1+I2+I3+I4+I5+I6+I7）·IE

GS为片优先编码输出端，它在允许编码（IE=0），且有编码输入信号时为0（如表5.1.2中第三至第十行）；若允许编码而无编码输入信号时为1（如表5.1.2第二行）；在不允许编码（IE=1）时，它也为1（如表5.1.2第一行）。

GS=0表示“电路工作，而且有编码输入”  

74LS148优先编码器真值表：

74LS148编码器真值表

74LS48说明：

7SLS48七段显示数码管，他的驱动信号a~g来自于七段显示译码器。

一种能配合共阴极七段显示数码管。

74LS48符号图和引脚图

（a）符号图（b）引脚图

74LS48的真值表

七段发光二极管（LED）数码管

LED数码管是目前最常用的数字显示器，图6－5（a）、（b）为共阴管和共阳管的电路，（c）为两种不同出线形式的引出脚功能图。

一个LED数码管可用来显示一位0～9十进制数和一个小数点。

小型数码管（0.5寸和0.36寸）每段发光二极管的正向压降，随显示光（通常为红、绿、黄、橙色）的颜色不同略有差别，通常约为2～2.5V，每个发光二极管的点亮电流在5～10mA。

LED数码管要显示BCD码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器，该译码器不但要完成译码功能，还要有相当的驱动能力。

图6—5（a）（b）共阴管和共阳管的电路

图6—5（c）符号和引脚功能

第三章总电路图及其原理说明

3.1输入锁存

当八路锁存器74LS373的LE端为高电平时，锁存器输入端1D---8D的电平能直接送到相应的输出端1Q---8Q当LE端由高电平变到低电平时，锁存器锁存，即输入端电平不能送到输出端，各输出端保持锁存前的电平，如果74LS373的LE端为高电平，其各输入端的高电平直接送到各相应的输出端，从而使八输入端与非门74LS373的八个输入端均为高电平，导致其输出为低电平，经非门74LS04后变成高电平，再由或门送到74LS373的LE控制端，故LE控制端仍保持高电平，当八个按钮开关S1---S8中有一个先按下时，其对应的D端变为低电平，此低电平经锁存器送到相应的Q输出端，这时74LS30的八个输入端中因有一个端变低电平，所以它的输出端变为高电平，经非门74LS04和或门74LS32后，使LE控制端由高电平变成低电平，74LS373执行锁存功能，如果这时还有按钮按下，锁存器对应的输出端电平也不会变.

3.2编码和译码显示

74LS148为输入低电平有效和输出低电平有效，即当10端为低电平而其它输入端为高电平时，输出端A,B,C均为高电平,11端为低电平而其它输入端为高电平时，B,C端均为高电平，A端为低电平，以此类推锁存在锁存器输出端的低电平送到74LS148，由74LS148进行编码，编成的二进制代码电平送到BCD码七段译码驱动器74LS48再由74LS48输出端送出驱动电平驱动共阴极七段数码管显示相应的数字。

但，为了七段数码管的显示数字和按键一致，我们在74LS48前加上一个4位全加器74LS83,使从74LS148过来的二进制数加上1，再送到74LS48，这样数码管显示的数字就和按键一样了。

如74LS148的10端为低电平时，显示1;1端为低电平时，显示5，当八个按钮开关都不按下时，由于锁存器的各输出端均为高电平，经74LS30后使74LS48的熄灭控制端得到低电平，因此数码管不显示。

3.3报警系统

在有信号输入的时候，信号经过74LS30过来送到报警系统的三极管，经过三极管处理后，再送到喇叭，使喇叭产生呼叫。

同时发光二极管也会同时亮，显示出哪一路呼叫。

第四章仿真和电路调试及其分析

4.1仿真结果及分析

把设计好的电路放到multisim中仿真。

在仿真电路中按设计要求中要实现的功能一一测试。

把呼叫电路中每一路的呼叫开关分别合上，测试它们的功能有没有实现。

如果没有实现，就检查哪一个功能出现问题了，然后针对的调试，知道实现为止。

刚开始仿真的时候，我发现没有成功，七段数码管没有显示数字。

后来一步步检查发现，我自己在连电路线的时候把引脚线接错了。

电路经过改正后，我仿真就成功了。

4.2调试电路及其分析

按照所仿真出来的电路图焊接好了电路元件。

然后，我去实现设计所要要求的功能。

结果，接上电源后，我发现电路的功能没有一个是实现的。

没办法，我只能重新的检查电路。

我拿万用表一个个线路的检查，先是芯片的引脚看有没有短焊或者虚焊，之后又检查了我所焊接的线路对没对。

一一检查下来，我发现我焊接的电路是没有错误的，为什么就是实现不了所要的功能呢。

后来，我认真的想了很久，才发现原来我芯片的电源和接地的引脚没有接。

发现问题所在，我立即把引脚焊上。

之后，我再去实现功能，连上电源，依次按S0至S7键，每按完进行清除，达到数码管显示的数字一一与按键对应，并且报警发光二极管亮起，功能终于实现了。

第五章八路呼叫器总电路原理图和仿真图

八路呼叫器总原理图

八路呼叫器仿真图

结论

经过两周的课程设计，现在就要结束了。

在这学习当中，我对数字电路有了进一步的了解。

在设计过程中，通过翻阅资料，上网查询等，我对电路的芯片及原理有了更深层次的认识。

刚开始的时候，我有很多不懂的地方，不过，在老师和同学的帮助下，我克服了难关，最终把电路设计了出来。

从中，我学到了很多，在竞争日益激烈的社会里，光有知识是远远不够的，我们要有实践的能力。

在八路呼叫器的设计当中，我通过运用它很好的证明了自己的胆识和自信。

其实，八路呼叫器原理也是几个芯片的合成体，没有什么难度，所以很好的做出来。

但在实践中，我所遇到的困难是自己的知识运用和心态。

对于当时调试不出来所有的想放弃的心态，我已经克服了它。

总的来说，这次的课程设计还是非常成功的，我们追求的是理论与实践相结合。

课程设计就很好的为我们表现自己的综合能力提供有力的平台。

在实践中也可以很容易的发现自己的不足，从而自己改正。

这是很好的自我完善过程。

在此我要感谢老师的谆谆教导和同学们的帮助，我相信这十几天的不懈努力会给我未来的学习带来很多的启发,我会在以后的工作生活中更好的理论联系实际,证明自己的能力。

参考文献

1．李银华主编.电子线路设计指导.北京：

北京航空航天大学出版社，2005.

2．邓元庆，贾鹏.数字电路与系统设计.西安：

西安电子科技大学出版社，2008.

3．康华光.电子技术基础.数字部分.北京：

高等教育出版社,2003.

致谢

经过两个星期的数字电子课程设计，成功的完成了八路呼叫器电路的设计。

在此首先感激父母给我提供了上大学的机会，其次非常感谢王丽娟老师以及同学在此次课程设计中给我理论和实际上的大力帮助和指导我怎样去撰写报告，而且帮助我分析报告，教我怎样才能做好、完善一份报告，其中许多的Word操作技巧，许多的实践经验是足可以让我终生受益！

在此表示衷心感谢！

附录八路呼叫器电路元器件明细表

序号

代号

名称

型号与规格

数量

备注

1

U1

锁存器

74LS373

1

2

U2

编码器

74LS148

1

3

U3

8输入与非门

74LS30

1

4

U4

四或门

74LS32

1

5

U5

六反相器

74LS04

1

6

U6

四位全加器

74LS83

1

7

U7

译码器

74LS48

1

8

DS

七段数码显示管

1

9

S1

按键

TP801

1

10

S2

按键

TP801

1

11

S3

按键

TP801

1

12

S4

按键

TP801

1

13

S5

按键

TP801

1

14

S6

按键

TP801

1

15

S7

按键

TP801

1

16

S8

按键

TP801

1

17

Q1

三极管

9013

1

18

喇叭

1

19

LED1

发光二极管

1

20

LED2

发光二极管

1

21

LED3

发光二极管

1

22

LED4

发光二极管

1

23

LED5

发光二极管

1

24

LED6

发光二极管

1

25

LED7

发光二极管

1

26

LED8

发光二极管

1

27

R1

电阻

10K

1

28

R2

电阻

10K

1

29

R3

电阻

10K

1

30

R4

电阻

10K

1

31

R5

电阻

10K

1

32

R6

电阻

10K

1

33

R7

电阻

10K

1

34

R8

电阻

10K

1

35

R9

电阻

510

1

36

R10

电阻

510

1

37

R11

电阻

510

1

38

R12

电阻

510

1

39

R13

电阻

510

1

40

R14

电阻

510

1

41

R15

电阻

510

1

42

R16

电阻

510

1

43

R17

电阻

1K

1

44

R